DE60109363T2 - Monopulse radar processor for the resolution of two signal sources - Google Patents

Monopulse radar processor for the resolution of two signal sources Download PDF

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungen, Systeme oder Empfänger, bei denen Monopuls-Verfahren verwendet werden, beispielsweise auf Empfänger, welche zur Radarüberwachung oder für Funkfrequenz-Geschosssuchvorrichtungen verwendet werden, insbesondere auf verbesserte Anordnungen zum Lokalisieren von Zielen, einschließlich bis zu zwei Zielen innerhalb des Hauptstrahls der Antenne.The The present invention relates to arrangements, systems or Receiver, in which monopulse processes are used, for example Receiver, which for radar surveillance or for radio frequency bulk searchers be used, in particular to improved arrangements for locating of goals, including up to two targets within the main beam of the antenna.

Die Schwierigkeit zum Auflösen mehr als einer Streuungsmitte in einem Radarstrahl zieht das Interesse von mehreren Radaranwendungen auf sich, beispielsweise dem Nachführen, der Zielerkennung und der Überwachung. Wenn zwei Streuungsmitten in die gleiche Bereichs-Doppler-Zelle fallen, stören ihre komplexe Amplituden einander, wodurch ein Phänomen verursacht wird, welches als "Glitzern" bezeichnet wird, wo der angezeigte Winkel des Ziels breit wandert. Ein Verfahren, dieses Problem zu mildern, besteht darin, die Streuungsmitten in einem Bereich unter Verwendung einer Breitband-Schwingungsform (HRR) aufzulösen. Die Breitbandverarbeitung ist jedoch teuer, und es gibt technologische Grenzen in bezug auf dieses Verfahren. Bei einem elektronischen Gegenmaßnahmen-Szenario (ECM), wo ein Störsender vorhanden ist, dessen Strahlung in jeder Bereichszelle vorhanden ist, würden Bereichsauflösungsverfahren nicht helfen. Es ist daher wünschenswert, Verfahren zu entwickeln, die beiden Signalquellen reflektierend oder strahlend in Winkeldimensionen aufzulösen.The Difficulty to dissolve more than a scattering center in a radar beam attracts interest of several radar applications, such as tracking, the Target detection and monitoring. If two scatter centers in the same area Doppler cell fall, disturb their complex amplitudes each other, causing a phenomenon which is called "glittering" where the indicated angle of the target wandered widely. A procedure, mitigating this problem is to use the scattering centers in a range using a wideband waveform (HRR) dissolve. However, broadband processing is expensive and there are technological ones Limits with respect to this procedure. In an electronic Countermeasures scenario (ECM), where a jammer is present, whose radiation is present in each area cell is, would Range Resolution Process do not help. It is therefore desirable To develop methods that reflect the two signal sources or to dissolve radiantly in angular dimensions.

Es gab zwei extensive Studien in dieser Richtung. Monopuls-Verarbeitungsverfahren für Mehrfachziele sind erläutert in "Multiple Target Monopulse Processing Techniques" durch Peebles and Berkowitz, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Band AES-4, Nr. 6, November 1968. Dieses hier offenbarte Verfahren erfordert jedoch Spezialantennen-Konfigurationen, welche viel komplizierter als die Summen-Differenz-Kanäle sind, die normalerweise bei Monopuls-Radaren verwendet werden. Das vorgeschlagene Verfahren erfordert außerdem allgemein sechs Strahlen, um zwei Ziele aufzulösen. Der Artikel "Complex Indicated Angles Applied to Unresolved Radar Targets and Multipath" von Sherman, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Band AES-7, Nr. 1, Januar 1971 offenbart, dass mit einer herkömmlichen Monopuls-Konfiguration eine Einzelimpulsauflösung unmöglich ist. Das Dokument offenbart ein Verfahren, zwei Ziele unter Verwendung von zwei unabhängigen Maßnahmen aufzulösen, wobei dies jedoch an sich kein "Monopuls"-Verfahren ist.It gave two extensive studies in this direction. Monopulse processing method for multiple goals are explained in "Multiple Target Monopulse Processing Techniques " Peebles and Berkowitz, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Volume AES-4, No. 6, November 1968. This hereby disclosed However, the method requires special antenna configurations which much more complicated than the sum difference channels that are normally used in monopulse radars. The proposed procedure requires as well generally six beams to resolve two targets. The article "Complex Indicated Angles Applied to Unresolved Radar Targets and Multipath "by Sherman, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Volume AES-7, No. 1, January 1971 discloses that having a conventional monopulse configuration a single pulse resolution impossible is. The document discloses a method using two objectives from two independent activities dissolve, however, this is not per se a "monopulse" method.

Es wurden Verfahren auf der Basis von PRIME-MUSIC- und ESPRIT-Algorithmen entwickelt, wobei jedoch diese Verfahren Mehrfachmaßnahmen erfordern. Diese Verfahren sind offenbart in "A Class of Polynomial Rooting Algorithms for Joint Azimuth/Elevation Estimation Using Multidimensional Arrays" von G. F. Hatke und K. W. Forsythe, 28. Asilomer Conference on Signals, Systems and Computers, Pacific Grove, CA 1994; und "ESPRIRT-Estimation of Signal Parameters Via Rotational Invariant Techniques" von R. Roy und T. Kailath, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, Signal Processing, Band 37, Seite 984-995, Juli 1989. Verfahren, bei denen Mehrfachpulse verwendet werden, können an den Zielschwankungen zwischen Impulsen leiden. Außerdem braucht keine Zeit für Mehrfachmessungen vorhanden sein, insbesondere, wenn Pulskompression dazu verwendet wird, ein feines Bereichs-Doppler-Profil zu erzeugen.It were procedures based on PRIME MUSIC and ESPRIT algorithms however, these methods involve multiple measures require. These methods are disclosed in A Class of Polynomial Rooting Algorithms for Joint Azimuth / Elevation Estimation Using Multidimensional Arrays "by G. F. Hatke and K.W. Forsythe, 28th Asilomer Conference on Signals, Systems and Computers, Pacific Grove, CA 1994; and "ESPRIRT-Estimation of Signal Parameters Via Rotational Invariant Techniques "by R. Roy and T. Kailath, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, Signal Processing, Volume 37, pages 984-995, July 1989. Methods Using Multiple Pulses can to suffer from the target fluctuations between pulses. Also needs no time for Multiple measurements may be present, especially when pulse compression is used to create a fine area Doppler profile.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auflösen von zwei Quellen in der gleichen Bereichsdopplerzelle bei einem Monopuls-Radarstrahl.The The present invention provides a method and an apparatus to dissolve from two sources in the same area doppler cell at one Monopulse radar beam.

Die vorliegende Erfindung nutzt ebenfalls die herkömmliche Monopuls-Radarantennen-Konfiguration und wahrheitsgetreu eine einzelne Pulsradarmessung, um zwei Zielauflösungen erhalten (wie in S.M.Sherman "Monopulse Principles and Techniques" Artech House, Seite 339-343 erläutert).The present invention also utilizes the conventional monopulse radar antenna configuration and Truly a single pulse radar measurement to get two target resolutions (as in S.M.Sherman "Monopulse Principles and Techniques "Artech House, pages 339-343).

Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und ein System zum Identifizieren der Stellen von mehreren Zielen, welche innerhalb des Hauptstrahls einer Monopuls-Antenne liegen, einschließlich vier Ports, zum Erzeugen der Summe, der Elevationsdifferenz, der Azimuthdifferenz und doppelter Differenzsignale. Das Verfahren umfasst die Schritte zum Verarbeiten der Summe, der Elevationsdifferenz, der Azimuthdifferenz und von doppelten Differenzsignalen gemäß einer Reihe linearer Gleichungen, um einen Satz von Zwischenwerten zu erhalten; und das Verarbeiten dieser Zwischenwerte gemäß einem Satz algebraischer Gleichungen, um Signale zu erhalten, welche eine Winkelposition eines jeden der mehreren Ziele darstellen.Especially The present invention is directed to a method and a System for identifying the locations of multiple destinations, which within the main beam of a monopulse antenna, including four Ports, for generating the sum, the elevation difference, the azimuth difference and double difference signals. The method comprises the steps for processing the sum, the elevation difference, the azimuth difference and of double difference signals according to a series of linear equations, to get a set of intermediate values; and processing these intermediate values according to a Set of algebraic equations to obtain signals that have a Represent angular position of each of the multiple targets.

Das Verfahren umfasst vorzugsweise außerdem den Schritt, die Summe, die Elevationsdifferenz, die Azimuthdifferenz und doppelte Differenzsignale und die Signale, welche die Winkelrichtungen der Ziele zeigen, gemäß einem weiteren Satz algebraischer Gleichungen zu verarbeiten, um Signale zu erhalten, welche die Amplitude des Strahls zeigen, der von jedem der Ziele reflektiert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Signale, welche die Winkelrichtung der Ziele einschließlich Signale darstellen, Signale, die für jedes der Ziele eine Winkelrichtung des Ziels in einer x-Ebene und eine Winkelrichtung des Ziels in einer y-Ebene zeigen.The method preferably also includes the step of processing the sum, the elevation difference, the azimuth difference, and the double difference signals and the signals showing the angular directions of the targets according to another set of algebraic equations to obtain signals representing the Show the amplitude of the beam reflected from each of the targets. In a preferred embodiment, the signals representing the angular direction of the targets, including signals, include signals indicating, for each of the targets, an angular direction of the target in an x-plane and an angular direction of the target in a y-plane.

Weitere besondere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, die mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen angegeben wird, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung spezifizieren und zeigen.Further Particular features and advantages of the invention will be apparent from consideration the following detailed Description clearly, with the help of the accompanying drawings which preferred embodiments of the invention specify and show.

1 ist eine vereinfachte Darstellung eines Geschosses, welches ein Zielflugzeug attackiert, wobei eine Repeater verwendet wird und das einen Köder mitschleppt; 1 is a simplified representation of a projectile attacking a target aircraft using a repeater and carrying a bait with it;

2a ist eine vereinfachte Darstellung der realen Anordnung einer Antenne einschließlich Mehrfachhornantennen, und 2b ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, welches die Verbindungen der Hörner von 2a zeigt, um Monopuls-Signale zu erzeugen; 2a is a simplified representation of the real arrangement of an antenna including multiple horn antennas, and 2 B is a simplified block diagram showing the connections of the horns of 2a to produce monopulse signals;

3 ist ein Datenflussdiagramm eines Monopuls-Prozessors nach der vorliegenden Erfindung; und 3 Fig. 10 is a data flow diagram of a monopulse processor according to the present invention; and

4 ist eine grafische Darstellung, welche die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung zeigt, um zwei Ziele in einer hohen Signal-Rausch-Situation aufzulösen. 4 Figure 4 is a graph showing the ability of the present invention to resolve two targets in a high signal-to-noise situation.

In 1 ist ein Flugzeug 10 so gezeigt, als ob es durch ein Geschoss 12 attackiert wird. Das Geschoss 12 bestimmt die Lage des Zielflugzeugs 10 unter Verwendung eines Radars unter Verwendung von Monopuls-Verfahren. Das Zielflugzeug 10 verteidigt sich selbst mittels zwei unterschiedlicher Verfahren, nämlich durch Verwendung eines Köders 14 und durch Verwendung eines auf den Boden zeigenden Transponders 10t. Verschiedene Radarsignale werden erzeugt und über das Geschoss 12 abgestrahlt, welche durch "Blitzpfeil"-Symbole dargestellt werden, die Antennenstrahlen 20a, 20b und 20c1 bilden. Antennenstrahlen 20a, 20b und 20c1 können entweder simultan oder nacheinander erzeugt werden. Der Antennenstrahl 20a ist in Richtung auf den Köder 24 gerichtet, der Strahl 20b ist in Richtung auf das Flugzeug gerichtet, und der Strahl 20c1 ist in Richtung auf den Boden bei einer Stelle 20g gerichtet.In 1 is an airplane 10 shown as if by a bullet 12 is attacked. The projectile 12 determines the location of the target aircraft 10 using a radar using monopulse methods. The target plane 10 defends itself through two different methods, namely by using a bait 14 and by using a transponder pointing to the ground 10t , Various radar signals are generated and over the floor 12 radiated, which are represented by "lightning bolt" symbols, the antenna beams 20a . 20b and 20c 1 form. antenna beams 20a . 20b and 20c 1 can be generated either simultaneously or sequentially. The antenna beam 20a is in the direction of the bait 24 directed, the beam 20b is directed towards the plane, and the beam 20c 1 is in the direction of the ground at one point 20g directed.

Da der Köder 14 kleiner ist als das Flugzeug, wird dessen Radarerkennungscode oder Reflexion, wie dieses durch das Geschoss in bezug auf den Strahl 20a wahrgenommen wird, üblicherweise kleiner sein als die des Flugzeugs, die in bezug auf den Strahl 20b wahrgenommen wird. Bei einem Angriff, um den Köder in bezug auf das Geschoss 12 erkennbar zu machen, dass dieses größer ist als Flugzeug, umfasst der Köder einen Transponder 14t, der die übertragenen Radarsignale, die über einen Antennenstrahl 20a oder 20b ankommen, empfängt, wobei über Kabel zwischen Flugzeug 10 und dem Köder 14 kommuniziert wird, und verstärkt und überträgt die Signale zurück. Die verstärkten und zurückübertragenen Signale verfolgen ihre Pfade über den Strahl 20a zurück und kommen hinter dem Geschoss mit größerer Amplitude an als die Signale, welche über den Antennenstrahl 20b übertragen und durch das Flugzeug 10 reflektiert werden.Because the bait 14 is smaller than the aircraft, its radar detection code or reflection, such as this by the projectile with respect to the beam 20a is perceived, usually smaller than that of the aircraft, with respect to the beam 20b is perceived. In an attack to the bait with respect to the projectile 12 To make it clear that this is larger than aircraft, the bait includes a transponder 14t that transmits the transmitted radar signals through an antenna beam 20a or 20b arrive, receiving, using cables between aircraft 10 and the bait 14 is communicated, and amplifies and transmits the signals back. The amplified and retransmitted signals track their paths across the beam 20a back and arrive behind the projectile with greater amplitude than the signals which are transmitted through the antenna beam 20b transferred and through the plane 10 be reflected.

Das Flugzeug 10 von 1 kann seinen auf dem Boden gerichteten Transponder 10t in einer Weise betreiben, um diejenigen Signale, welche über das Geschoss 12 übertragen werden, über den Antennenstrahl 20c1 zurück zu übertragen, der von diesem Bereich der Erdfläche reflektiert wird, der in der Nähe der Stelle 20g liegt und am Flugzeug 10 über den Pfad 20c2 ankommt. Zumindest einiges der Energie, die durch den Transponder 10t zurück übertragen wird, fließt längs des Pfads 20c2 , wird von der Stelle 20g reflektiert und fließt zurück längs des Pfads 20c1 zum Geschoss. Der Transponder 10t kann anstelle des Köders 14 verwendet werden oder in Verbindung mit dem Köder 14, oder der Köder 14 kann alleine verwendet werden. Unabhängig davon, welche Verteidigungstechnik durch das Flugzeug 10 verwendet wird, empfängt das Geschoss starke Signale von Richtungen, welche nicht die Richtung des Zielflugzeugs sind, und folglich ist das Geschoss nicht in der Lage, die Richtung des Flugzeugs in bezug auf das Geschoss korrekt zu identifizieren.The plane 10 from 1 can track his on the ground transponder 10t in a way operate to those signals that go over the floor 12 be transmitted over the antenna beam 20c 1 to transfer back, which is reflected from this area of the earth's surface, which is near the place 20g lies and on the plane 10 over the path 20c 2 arrives. At least some of the energy generated by the transponder 10t is transferred back, flows along the path 20c 2 , gets off the spot 20g reflects and flows back along the path 20c 1 to the floor. The transponder 10t may instead of the bait 14 be used or in conjunction with the bait 14 , or the bait 14 can be used alone. Regardless of what defense technique by the aircraft 10 is used, the projectile receives strong signals from directions which are not the direction of the target aircraft, and consequently the projectile is unable to correctly identify the direction of the aircraft with respect to the projectile.

Das Problem der Identifizierung des genauen Ziels wird verschlimmert, wenn der Hauptstrahl oder die Hauptkeule der Antenne relativ breit ist, da der Hauptstrahl des Radars des Geschosses 12 gegenüber dem Flugzeug 10 und dem Köder 14 gegenüberliegen kann oder sowohl dem Flugzeug 10 als auch dem Bodenreflexionsbereich 20g. Diese Sachlage ist äquivalent den Strahlen 20a und 20b von 1 oder den Strahlen 20b und 20c, welche Teile eines Strahls sind.The problem of identifying the exact target is exacerbated when the main beam or main lobe of the antenna is relatively wide, as the main beam of the radar of the projectile 12 opposite the plane 10 and the bait 14 opposite or both the plane 10 as well as the ground reflection area 20g , This situation is equivalent to the rays 20a and 20b from 1 or the rays 20b and 20c which are parts of a beam.

Wenn der Hauptstrahl zwei Zielen gegenüberliegt, ist das herkömmliche Monopuls-System nicht in der Lage, die Signale zu trennen, und somit wird ein kombiniertes Signal dazu verwendet, auf eine Nachschlagetabelle zu zugreifen, welche die Form des Hauptstrahls quantifiziert, mit dem Ergebnis, dass die beiden Ziele als eines fehl-identifiziert werden können, und die Lage des "einzelnen" Ziels fehlerhaft sein wird.When the main beam is opposed to two targets, the conventional monopulse system is unable to separate the signals, and thus a combined signal is used for look-up table that quantizes the shape of the main beam, with the result that the two targets may be mis-identified as one and the location of the "single" target will be erroneous.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und ein System bereitgestellt, bei dem ein Monopuls-Radarsystem in der Lage ist, das Flugzeug 10 und den Köder 14 separat zu identifizieren, und die separaten Positionen dieser beiden Objekte korrekt zu identifizieren.According to the present invention, there is provided a method and system in which a monopulse radar system is capable of the aircraft 10 and the bait 14 to identify separately, and to correctly identify the separate positions of these two objects.

2a ist eine vereinfachte reale Darstellung von einer Vier-Horn-Monopuls-Antenne 200. In 2a wird jede von Vier-Horn-Aperturen, welche allgemein einfach als Hörner bezeichnet werden, mit 201, 202, 203 und 204 bezeichnet. Das Horn 201 liegt über dem Horn 203, und das Horn 202 liegt über dem Horn 204, und die Hörner 201 und 202 liegen über einer horizontalen Trennebene H. Ähnlich liegen die Hörner 201 und 203 auf der linken Seite, und die Hörner 202 und 204 liegen auf der rechten Seite einer vertikal orientierten Trennebene V. 2b ist eine vereinfachte Darstellung der Verbindungen von Hörnern 201, 202, 203 und 204 der Antenne 200 von 2a zum Erzeugen von Summen- und Differenzstrahlen. 2a is a simplified real-world representation of a four-horn monopulse antenna 200 , In 2a For example, any of four-horn apertures, commonly referred to simply as horns, is included 201 . 202 . 203 and 204 designated. The Horn 201 lies above the horn 203 , and the horn 202 lies above the horn 204 , and the horns 201 and 202 lie above a horizontal dividing plane H. The horns are similar 201 and 203 on the left, and the horns 202 and 204 lie on the right side of a vertically oriented dividing plane V. 2 B is a simplified representation of the connections of horns 201 . 202 . 203 and 204 the antenna 200 from 2a for generating sum and difference beams.

Insbesondere ist, wie in 2b gezeigt ist, ein Ausgangsanschluss 201P des Horns 201 mit nichtinvertierenden (+) Eingangsanschlüssen von Summenbildungsschaltungen oder Addierern 210, 214 und 218 verbunden; und ein Ausgangsanschluss 202P des Horns 202 ist mit nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen von Summenbildungsschaltungen 210, 216 und 220 verbunden. Ein Ausgangsanschluss 203P des Horns 203 ist mit nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen von Summenbildungsschaltungen 212, 214 und 220 verbunden; und ein Ausgangsanschluss 204P des Horns 204 ist mit nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen von Summenbildungsschaltungen 212, 216 und 218 verbunden. Als Ergebnis dieser Verbindungen zeigt das Signal am Ausgangsanschluss 210o der Summenbildungsschaltung 210 die Summe der Signale der Hörner 201 und 202, oder in der Darstellung nach 2b "(1+2)". Ähnlich zeigt das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 2120 der Summenbildungsschaltung 212 die Summe der Signale der Hörner 203 und 204 oder (3+4), und das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 214o der Summenbildungsschaltung 214 zeigt (1+3). Das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 216o der Summenbildungsschaltung 216 zeigt (2+4), das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 218o der Summenbildungsschaltung 218 zeigt (1+4), und das Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 220 der Summenbildungsschaltung 220 zeigt (2+3).In particular, as in 2 B shown is an output terminal 201P of the horn 201 with noninverting (+) input terminals of summing circuits or adders 210 . 214 and 218 connected; and an output terminal 202P of the horn 202 is with noninverting input terminals of summation circuits 210 . 216 and 220 connected. An output connection 203P of the horn 203 is with noninverting input terminals of summation circuits 212 . 214 and 220 connected; and an output terminal 204P of the horn 204 is with noninverting input terminals of summation circuits 212 . 216 and 218 connected. As a result of these connections, the signal will be at the output terminal 210o the summation circuit 210 the sum of the signals of the horns 201 and 202 , or in the illustration below 2 B " (1 + 2) "Similarly, the output signal at the output terminal shows 2120 the summation circuit 212 the sum of the signals of the horns 203 and 204 or (3 + 4) , and the output signal at the output terminal 214o the summation circuit 214 shows (1 + 3) , The output signal at the output terminal 216o the summation circuit 216 shows (2 + 4) , the output signal at the output terminal 218o the summation circuit 218 shows (1 + 4) , and the output signal at the output terminal 220 the summation circuit 220 shows (2 + 3) ,

Gemäß 2b hat eine Summenbildungsschaltung 222 nichtinvertierende Eingangsanschlüsse, die mit Ausgangsanschlüssen 210o und 212o der Summenbildungsschaltungen 210 bzw. 212 verbunden sind, um an ihrem Ausgangsanschluss 222o das Summensignal (Σ), zu bilden, welches zeigt (1+2)+(3+4). Eine Summenbildungsschaltung 224 besitzt einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 210o der Summenbildungsschaltung 210 verbunden ist, und einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 212o der Summenbildungsschaltung 212 verbunden ist, um an ihrem Ausgangsanschluss 224o das Elevationsdifferenzsignal (ΔEL) zu erzeugen, welches zeigt (1+2)-(3+4). Eine Summenbildungsschaltung 226 hat einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 214o der Summenbildungsschaltung 214 gekoppelt ist, und besitzt außerdem einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 216o der Summenbildungsschaltung 216 verbunden ist, um an ihrem Ausgangsan schluss 226o das Azimuthdifferenzsignal (ΔAZ) zu erzeugen, welches zeigt (1+4)-(2+3). Eine Summenbildungsschaltung 228 besitzt einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 218o der Summenbildungsschaltung 218 verbunden ist, und sie besitzt außerdem einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 220o der Summenbildungsschaltung 220 verbunden ist, um an ihrem Ausgangsanschluss 228o das doppelte Differenzsignal (ΔΔ) zu erzeugen, welches zeigt (1+3)-(2+4).According to 2 B has a summation circuit 222 non-inverting input terminals, with output terminals 210o and 212o the summation circuits 210 respectively. 212 are connected to their output terminal 222o to form the sum signal (Σ), which shows (1 + 2) + (3 + 4) , A summation circuit 224 has a non-inverting input terminal connected to the output terminal 210o the summation circuit 210 and an inverting input terminal connected to the output terminal 212o the summation circuit 212 is connected to its output terminal 224o to generate the elevation difference signal (Δ EL) showing (1 + 2) - (3 + 4) , A summation circuit 226 has a non-inverting input terminal connected to the output terminal 214o the summation circuit 214 and also has an inverting input terminal connected to the output terminal 216o the summation circuit 216 connected to its output terminal 226o to produce the azimuth difference signal (Δ AZ ), which shows (1 + 4) - (2 + 3) , A summation circuit 228 has a non-inverting input terminal connected to the output terminal 218o the summation circuit 218 and also has an inverting input terminal connected to the output terminal 220o the summation circuit 220 is connected to its output terminal 228o to produce the double difference signal (Δ Δ ), which shows (1 + 3) - (2 + 4) ,

Es sollte verstanden sein, dass die Anordnung von 2a und 2b lediglich eine Art einer Monopuls-Signalerzeugungsantenne zeigt. Andere Arten sind bekannt, einschließlich einer Gruppenart, bei der der Strahlenbildner die gewünschten Strahlen unmittelbar erzeugt, wobei diese anderen Arten von Monopuls-Antennen in einem System nach der Erfindung verwendet werden können, solange sie eingerichtet sind, zumindest die Summensignale und Azimuth-Elevations- und Doppeldifferenzsignale zu erzeugen.It should be understood that the arrangement of 2a and 2 B shows only one kind of monopulse signal generation antenna. Other types are known, including a group type in which the beamformer directly generates the desired beams, and these other types of monopulse antennas can be used in a system according to the invention, as long as they are arranged, at least the sum signals and azimuth elevation signals. and to generate double difference signals.

Idealerweise werden für ein einzelnes Ziel mit Richtungs-Kosinusfunktionen Tx und Ty die Delta-Kanäle auf den Summenkanal bezogen durch: Δaz = jTxΣ Δel = jTyΣ Δel = –TxTyΣ (1) Ideally, for a single destination with directional cosine functions T x and T y, the delta channels are related to the sum channel by: Δ az = jT x Σ Δ el = jT y Σ Δ el = -T x T y Σ (1)

Hier werden die Monopuls-Flanken aus Einfachheitsgründen zu Tx und Ty absorbiert. Für ein einzelnes Ziel werden lediglich drei Kanäle benötigt, nämlich F und Δaz und Δel, um die Richtung des Ziels zu bestimmen. Daher wird bei den meisten Radaren das ΔΔ-Ausgangssignal wie ein Nebenprodukt behandelt und ohne Verwendung beendet.Here, the monopulse edges are absorbed to T x and T y for simplicity. For a single target, only three channels are needed, namely F and Δ az and Δ el , to determine the direction of the target. Therefore, in most radars, the Δ Δ output signal is treated as a by-product and terminated without use.

Die vorliegende Erfindung verwendet im Gegensatz dazu dieses ΔΔ-Ausgangssignal. Insbesondere nutzt die Erfindung dieses Ausgangssignal in einer Weise, die es dem Radarsystem ermöglicht, zwischen Streuungsmitten im gleichen Strahl aufzulösen. Die beiden Schlüsselmerkmale dieser Erfindung sind: (1) Gebrauchmachung von dem ΔΔ-Signal und (2) den Vorteil von der Tatsache zu verwenden, dass die Richtungs-Kosinusfunktionen real sind. Wenn man für einen Augenblick das Rauschen vernachlässigt, kann die Basisbandmessung formuliert werden als Σ = Σ1 + Σ2 Δaz = jΣ1Tx,1 + jΣ2Tx,2 Δel = jΣy,1 + jΣ2Ty,2 ΔΔ = –Σ1Tx,1Ty,1 – Σ2Tx,2Ty,2 (2) wobei die tiefergestellten Zeichen 1, 2 die beiden Signalquellen im Radarstrahl bezeichnen. Die folgenden Mengen werden definiert: A = Im(ΔazΔ*el) B = Re(ΣΔ*el) C = Re(ΣΔ*az) D = Im(ΣΔ*Δ) E = Re(ΔazΔ*Δ) F = Re(ΔelΔ*Δ)(3) The present invention, in contrast, uses this ΔΔ output signal. In particular, the invention utilizes this output signal in a manner that enables the radar system to resolve between scattering centers in the same beam. The two key features of this invention are: (1) Utilization of the Δ Δ signal and (2) to take advantage of the fact that the directional cosine functions are real. If you neglect the noise for a moment, the baseband measurement can be formulated as Σ = Σ 1 + Σ 2 Δ az = jΣ 1 T x, 1 + jΣ 2 T x, 2 Δ el = jΣ y, 1 + jΣ 2 T y, 2 Δ Δ = -Σ 1 T x, 1 T y, 1 - Σ 2 T x, 2 T y, 2 (2) wherein the subscripted characters 1, 2 denote the two signal sources in the radar beam. The following quantities are defined: A = Im (Δ az Δ * el ) B = Re (ΣΔ * el ) C = Re (ΣΔ * az ) D = Im (ΣΔ * Δ ) E = Re (Δ az Δ * Δ ) F = Re (Δ el Δ * Δ ) (3)

Es kann gezeigt werden, dass die folgenden Gleichungen erfüllt werden: BTx,n – CTy,n = A BT2 x,n + (D – A)Tx,n + E = 0 CT2 y,n + (D + A)Ty,n + F = 0 (4), wobei n = 1, 2 It can be shown that the following equations are satisfied: BT x, n - CT y, n = A BT 2 x, n + (D - A) T x, n + E = 0 CT 2 y, n + (D + A) T y, n + F = 0 (4), where n = 1, 2

Aus diesen Gleichungen kann eine Lösung für Tx und Ty herausgefunden werden:

Figure 00070001
From these equations a solution for T x and T y can be found:
Figure 00070001

Wenn einmal Tx und Ty bekannt sind, können die Amplituden jedes Quellensignals durch die linearen Systemgleichungen (2) gelöst werden.Once T x and T y are known, the amplitudes of each source signal can be solved by the linear system equations (2).

3 zeigt ein Datenflussdiagramm des Monopuls-Prozessors, den diese Erfindung betrifft. Wie hier gezeigt ist werden die Werte A, B, C, D, E und F im Prozessorabschnitt 302 unter Verwendung der Werte Σ, Δaz, Δel und ΔΔ als Eingangssignale berechnet. Unter Verwendung dieser Werte von A, B, C, D, E und F als Eingangssignale werden die Werte für Tx,1, Ty,1, Tx,z und Ty,2 im Prozessorabschnitt 304 berechnet. Der Prozessorabschnitt 306 wird dazu verwendet, Σ1 und Σ2 unter Verwendung der Eingangssignale Σ, Δaz, Δel, und ΔΔ und unter Verwendung der Werte Tx,1, Ty,1, Tx,z und Ty,z vom Prozessorabschnitt 304 zu berechnen. 3 shows a data flow diagram of the monopulse processor to which this invention relates. As shown here, the values A, B, C, D, E, and F become in the processor section 302 calculated using the values Σ, Δ az , Δ el and Δ Δ as input signals. Using these values of A, B, C, D, E and F as inputs, the values for T x, 1 , T y, 1 , T x, z and T y, 2 in the processor section 304 calculated. The processor section 306 is used to calculate Σ 1 and Σ 2 using the input signals Σ, Δ az , Δ el , and Δ Δ and using the values T x, 1 , T y, 1 , T x, z and T y, z from the processor section 304 to calculate.

Rauschen in der Messung wird Fehler in den Winkelbewertungen verursachen. Da es keine redundanten Messungen gibt (der Algorithmus löst acht reale Variable von acht rea len Messungen auf), wird Rauschen im Allgemeinen von aktuellen Winkelabweichungen nicht unterscheidbar, mit der Ausnahme, wenn das Rauschen so groß ist, dass die Gleichung (2) keine Lösung hat. Aus diesem Grund wird die Erfindung vorzugsweise bei hohen Signal-Rausch-Verhältnis-Anwendungen (SNR-Anwendungen) verwendet.sough in the measurement will cause errors in the angle ratings. Because there are no redundant measurements (the algorithm triggers eight real variable of eight real measurements), noise will be in the Generally indistinguishable from actual angular deviations except when the noise is so great that the equation (2) no solution Has. For this reason, the invention is preferably at high Signal-to-noise ratio applications (SNR applications).

Es wurden numerische Studien durchgeführt, um zu verifizieren, dass die vorliegende Erfindung bei Vorhandensein von Rauschen stabil ist. Rauschmessungen wurden durch Hinzufügen des Gausschen-Zufallsrauschen zur Gleichung (2) erzeugt. Danach wird die Gleichung (5) dazu verwendet, Winkelschätzungen zu erhalten. Ergebnisse einer Gesamtzahl von 100 Rauschrealisierungen sind in 4 dargestellt und, wie hier gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung klar in der Lage, die wirklichen Signalquellen 402 zu identifizieren.Numerical studies were performed to verify that the present invention is stable in the presence of noise. Noise measurements were made by adding Gaussian randomness noise generated to equation (2). Thereafter, equation (5) is used to obtain angle estimates. Results of a total of 100 noise conversions are in 4 and as shown here, the present invention is clearly capable of the actual signal sources 402 to identify.

Numerische Simulationen zeigen ebenfalls, dass diese Erfindung sehr wohl Leistung erbringt, wenn es aktuell lediglich eine Signalquelle gibt. In diesem Fall wird eine der geschätzten Quellen der wahren Signalquelle entsprechen, während die anderen der geschätzten Quellen, die eine sehr kleine Amplitude und eine sehr große Winkelschätzvarianz hat, einer nichtexistierenden Signalquelle entsprechen.numerical Simulations also show that this invention is very powerful provides, if there is currently only one signal source. In this Case will be one of the most valued Sources correspond to the true signal source, while the others of the estimated sources, which has a very small amplitude and a very large angle estimation variance has to correspond to a non-existent signal source.

Wenn zwei Signalquellen die gleiche Azimuthwinkel (Elevationswinkel) haben, kann der Algorithmus ihre Elevationswinkel (Azimuthwinkel) sowie ihre relativen Amplituden nicht bestimmen. Es muss jedoch herausgestellt werden, dass diese Beschränkung auf fundamentalen Begrenzungen bei dem 4-Kanal-Aufbau beruht und nicht insbesondere auf den Algorithmus, der bei dieser Erfindung verwendet wird. Sogar ein Mehrfachpuls-Algorithmus würde nicht in der Lage sein, zwei Quellensignale in solchen Fällen aufzulösen. Der Grund dafür liegt darin, wenn gilt Tx,1 = Ty,2 oder Ty,1 = Ty,2, lediglich drei Gleichungen in (2) unabhängig sind, so dass die Lösung fundamental unbestimmt ist.If two signal sources have the same azimuth angles (elevation angles), the algorithm can not determine their elevation angles (azimuth angles) and their relative amplitudes. However, it must be pointed out that this limitation is based on fundamental limitations in the 4-channel design, and not particularly on the algorithm used in this invention. Even a multi-pulse algorithm would not be able to resolve two source signals in such cases. The reason is that when T x, 1 = T y, 2 or T y, 1 = T y, 2 , only three equations in (2) are independent, so that the solution is fundamentally indeterminate.

Claims (12)

Verfahren zum Identifizieren der Stellen mehrerer Ziele, welche innerhalb des Hauptstrahls einer Monopuls-Antenne liegen, die zumindest vier Anschlüsse zum Erzeugen der Summe, der Elevationsdifferenz, der Azimuthdifferenz und doppelter Differenzsignale aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Verarbeiten der Summe, der Elevationsdifferenz, der Azimuthdifferenz und der doppelten Differenzsignale gemäß einer Reihe linearer Gleichungen, um einen Satz von Zwischenwerten zu erzielen; und Verarbeiten des Satzes von Zwischenwerten gemäß einem Satz algebraischer Gleichungen, um Signale zu erhalten, die eine Winkelrichtung von jedem der mehreren Ziele zeigen.Method for identifying the locations of several Targets that are within the main beam of a monopulse antenna which have at least four ports for generating the sum, the elevation difference, the azimuth difference and double difference signals comprising, the method comprising the steps of To process the sum, the elevation difference, the azimuth difference and the double difference signals according to a Series of linear equations to add a set of intermediate values achieve; and Processing the set of intermediate values according to a Set of algebraic equations to obtain signals that have a Show angular direction of each of the multiple targets. Verfahren nach Anspruch 1, welches außerdem den Schritt aufweist, die Summe, die Elevationsdifferenz, die Azimuthdifferenz und die doppelten Differenzsignale zu verarbeiten, und die Signale, welche die Winkelrichtungen der Ziele zeigen, gemäß einem weiteren Satz algebraischer Gleichungen, um Signale zu erhalten, welche die Amplitude des Strahls zeigen, der von jedem der Ziele reflektiert wird.The method of claim 1, further comprising Step, the sum, the elevation difference, the azimuth difference and process the double difference signals, and the signals, which show the angular directions of the targets, according to a another set of algebraic equations to get signals, which show the amplitude of the beam from each of the targets is reflected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signale, welche die Winkelrichtung der Ziele zeigen, welche Signale aufweisen, die für jedes der Ziele eine Winkelrichtung des Ziels in einer x-Ebene und eine Winkelrichtung des Ziels in einer y-Ebene zeigen.Method according to claim 1 or 2, wherein the signals, which show the angular direction of the targets, which signals have, the for each of the targets an angular direction of the target in an x-plane and show an angular direction of the target in a y-plane. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der Satz linearer Gleichungen aufweist: A = Im(ΔazΔ*el) B = Re(ΣΔ*el) C = Re(ΣΔ*az) D = Im(ΣΔ*Δ) E = Re(ΔazΔ*Δ) F = Re(ΔelΔ*Δ) wobei: A, B, C, D, E und F den Satz von Zwischenwerten umfassen; Δaz das Azimuthdifferenzsignal ist; Δel das Elevationsdifferenzsignal ist; Σ das Summensignal ist; und ΔΔ das doppelte Differenzsignal ist.The method of any one of claims 1-3, wherein the set of linear equations comprises: A = Im (Δ az Δ * el ) B = Re (ΣΔ * el ) C = Re (ΣΔ * az ) D = Im (ΣΔ * Δ ) E = Re (Δ az Δ * Δ ) F = Re (Δ el Δ * Δ ) wherein: A, B, C, D, E and F comprise the set of intermediate values; Δ az is the azimuth difference signal; Δ el is the elevation difference signal; Σ is the sum signal; and Δ Δ is the double difference signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der Satz algebraischer Gleichungen aufweist:
Figure 00100001
wobei: Tx,1, Ty,1, Tx,2 und Ty,2 die Signale sind, welche die Winkelrichtungen der Ziele zeigen; und A, B, C, D, E und F den Satz an Zwischenwerten umfassen.The method of any of claims 1-4, wherein the set of algebraic equations comprises:
Figure 00100001
where: T x, 1 , T y, 1 , T x, 2 and T y, 2 are the signals showing the angular directions of the targets; and A, B, C, D, E and F comprise the set of intermediate values. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der weitere Satz algebraischer Gleichungen aufweist:
Figure 00100002
wobei: Σ1 und F2 die Amplituden des Strahls zeigen, der entsprechend von einem ersten bzw. einem zweiten der Ziele reflektiert wird; und Tx,1, Ty,1, Tx,2 und Ty,2 die Signale sind, welche die Winkelrichtungen der Ziele zeigen.The method of claim 2, wherein the further set of algebraic equations comprises:
Figure 00100002
where: Σ 1 and F 2 show the amplitudes of the beam respectively reflected from a first and a second of the targets; and T x, 1 , T y, 1 , T x, 2 and T y, 2 are the signals showing the angular directions of the targets. Verarbeitungssystem zum Identifizieren der Stellen mehrerer Ziele, welche innerhalb des Hauptstrahls einer Monopuls-Antenne liegen, die vier Anschlüsse aufweist, um die Summe, die Elevationsdifferenz, die Azimuthdifferenz und doppelte Differenzsignale zu erzeugen, wobei das Verarbeitungssystem aufweist: einen ersten Verarbeitungsabschnitt zum Verarbeiten der Summe, der Elevationsdifferenz, der Azimuthdifferenz und doppelter Differenzsignale gemäß einer Reihe linearer Gleichungen, um einen Satz von Zwischenwerten zu erzielen; und einen zweiten Verarbeitungsabschnitt zum Verarbeiten des Satzes an Zwischenwerten gemäß einem Satz algebraischer Gleichungen, um Signale, welche eine Winkelrichtung jedes der mehreren Ziele zeigt, zu erhalten.Processing system for identifying the locations multiple targets, which within the main beam of a monopulse antenna lie, the four connections to the sum, the elevation difference, the azimuth difference and generate duplicate difference signals, wherein the processing system having: a first processing section for processing the sum, the elevation difference, the azimuth difference and double Difference signals according to a Series of linear equations to add a set of intermediate values achieve; and a second processing section for processing of the set of intermediate values according to a Set of algebraic equations to signals which are an angular direction Each of the multiple goals shows to get. Verarbeitungssystem nach Anspruch 7, welches außerdem einen dritten Verarbeitungsabschnitt aufweist, um die Summe, die Elevationsdifferenz, eine Azimuthdifferenz und doppelte Differenzsignale zu verarbeiten, und die Signale, welche die Winkelrichtungen der Ziele zeigen, gemäß einem weiteren Satz algebraischer Gleichungen, um Signale, welche die Amplitude des Strahls, der von jedem der Ziele reflektiert wird, zeigen, zu erhalten.The processing system of claim 7, further comprising a third processing section to the sum, the elevation difference, to process an azimuth difference and double difference signals, and the signals showing the angular directions of the targets according to a another set of algebraic equations to obtain signals that are Amplitude of the beam reflected from each of the targets show, get. Verarbeitungssystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Signale, welche die Winkelrichtung der Ziele zeigen, Signale enthalten, die für jedes der Ziele eine Winkelrichtung des Ziels in einer x-Ebene und eine Winkelrichtung des Ziels in einer y-Ebene zeigen.A processing system according to claim 7 or 8, wherein the signals showing the angular direction of the targets, signals contain that for each of the targets an angular direction of the target in an x-plane and show an angular direction of the target in a y-plane. Verarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 7-9, wobei der Satz an linearen Gleichungen aufweist: A = Im(ΔazΔ*el) B = Re(ΣΔ*el) C = Re(ΣΔ*az) D = Im(ΣΔ*Δ) E = Re(ΔazΔ*Δ) F = Re(ΔelΔ*Δ)wobei: A, B, C, D, E und F den Satz von Zwischenwerten umfassen; Δaz das Azimuthdifferenzsignal ist; Δcl das Elevationsdifferenzsignal ist; Σ das Summensignal ist; und ΔΔ das doppelte Differenzsignal ist.The processing system of any one of claims 7-9, wherein the set of linear equations comprises: A = Im (Δ az Δ * el ) B = Re (ΣΔ * el ) C = Re (ΣΔ * az ) D = Im (ΣΔ * Δ ) E = Re (Δ az Δ * Δ ) F = Re (Δ el Δ * Δ ) wherein: A, B, C, D, E and F comprise the set of intermediate values; Δ az is the azimuth difference signal; Δ cl is the elevation difference signal; Σ is the sum signal; and Δ Δ is the double difference signal. Verarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 7-10, wobei der Satz algebraischer Gleichungen umfasst:
Figure 00120001
wobei: Tx,1, Ty,1, Tx,2 und Ty,2 die Signale sind, welche die Winkelrichtungen der Ziele zeigen; und A, B, C, D, E und F den Satz an Zwischenwerten umfassen.The processing system of any of claims 7-10, wherein the set of algebraic equations comprises:
Figure 00120001
where: T x, 1 , T y, 1 , T x, 2 and T y, 2 are the signals showing the angular directions of the targets; and A, B, C, D, E and F comprise the set of intermediate values. Verarbeitungssystem nach Anspruch 8, wobei der weitere Satz algebraischer Gleichungen umfasst:
Figure 00120002
wobei Σ1 und Σ2 die Amplituden des Strahls zeigen, der von einem ersten bzw. einem zweiten der Ziele reflektiert wird; und Tx,1, Ty,1, Tx,2 und Ty,2 die Signale sind, welche die Winkelrichtungen der Ziele zeigen.The processing system of claim 8, wherein the further set of algebraic equations comprises:
Figure 00120002
where Σ 1 and Σ 2 show the amplitudes of the beam reflected from a first and a second of the targets, respectively; and T x, 1 , T y, 1 , T x, 2 and T y, 2 are the signals showing the angular directions of the targets.
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